29.11.2008
Горелик Иван Юрьевич, darkenergy@yandex.ru

Модели частиц, способных поглощать обычное вещество.

Определения:

1. Нейтронная капля – объект подобный капле, образованной из нейтронов с одинаковой ориентацией спинов, и с плотностью подобной ядерной. Запрет Паули снимается тем, что нейтроны имеют разные пространственные координаты, а сама капля может находиться в таком вращении, что нейтроны имеют разный орбитальный момент.
2. Нейтронная дыра – объект подобный бесконечно тонкой катушке, каждый виток которой создает магнитное поле, тождественное магнитному полю, создаваемому одним нейтроном. Запрет Паули снимается тем, что нейтроны группируются в куперовские пары.
3. Магнитная дыра – объект подобный нейтронной дыре, но отличающийся тем, что захват нейтрона сопровождается выбросом нейтрино, а захват протона сопровождается выбросом позитрона. Запрет Паули не работает, поскольку захваченные нуклонные остатки являются бозонами.
4. Магнитный капкан – объект, обобщающий объекты, предложенные выше, а также монополь Дирака и другие объекты, поглощающие обычное вещество преимущественно магнитными силами.

Минимально возможную массу можно вычислить для нейтронной дыры. Очевидно, что минимальная масса для нейтронной капли по порядку величины будет сравнима с минимальной массой нейтронной дыры, но больше последней. Минимальная масса магнитной дыры будет сравнима минимальной массой нейтронной дыры. Оценочный расчет показал, что масса монополя Дирака с точностью до числового коэффициента равна минимальной массе нейтронной дыры.

Примерный расчет минимально возможной массы нейтронной дыры.

Предположим, что нейтронная дыра подобна сверхпроводящей катушке из n витков, где n – количество нейтронов в ней. Энергию связи вычисляем последовательно: для двух, трех, …, n нейтронов, входящих в нейтронную дыру.

Энергия связи n-го нейтрона с нейтронной дырой равна энергии, которую нужно затратить для того, чтобы повернуть одновитковую катушку на 90^о относительно катушки из n-1 витков. Пускай по всем виткам идет одинаковый ток I, тогда можно записать

n=2; E₂=pB;
n=3; E₃=p(2B);
n=4; E₄=p(3B);
…
n=n; E_n=p((n-1)B),

где: p – магнитный момент поворачиваемой одновитковой катушки (нейтрона); B – магнитная индукция создаваемая одним витком стационарной катушки.

Полную энергию связи, E_total получим, складывая правые части для всех E_i.
E_total =pB+p(2B)+…p((n-1)B)=(n-1)npB/2.

Удельную энергию связи получим делением E_total на количество нейтронов.
e = E_total/n = (n-1)pB/2.

Магнитная индукция в центре кругового витка радиусом R, с током I, есть B= m₀I/(2R).
Магнитный момент такого же витка есть p=IS=IpR².

Энергия связи двухвитковой катушки:

E₂=pB=m₀pI²R/2.

С учетом того, что нам известен магнитный момент нейтрона (p=0,966e-26 Дж/Тл), последнюю формулу преобразуем к виду:
E₂=m₀q³c³/(16pp), где мы воспользовались очевидными формулами p=IS; I=q/t=qc/(2pR), S=pR^2.

Определим n, при котором, энергия связи нейтронов, равна массе покоя нейтронов.
E_total/c² = nm_{нейтрон,},
n=(n-1)npB/2/(c²m_{нейтрон}) ,
(n-1)=2c²m_{нейтрон}m/(pB),
n=2c²m_{нейтрон}/(pB) + 1,
n=2c²m_{нейтрон}/ E2 + 1 = 1055.

Это примерно соответствует одному ТэВ.
Замечаем, что коллайдер LHC даст в 7 раз больше, а это значит, что создание магнитного капкана на коллайдере вполне вероятно.

Далее без труда можно вычислить некоторые другие величины.
Радиус минимальной нейтронной дыры, R_min = 4×10^{-16 м}, что примерно равно удвоенному комптоновскому радиусу нейтрона. Для сравнения – шварцшильдовский радиус 1055 нейтронов, сжатых в черную дыру, на 35 порядков меньше, R_shv = 2,6×10^{-51 м}.

Предполагая, что максимально возможная магнитная индукция равна индукции минимально возможной нейтронной дыры, B_max =3×10¹⁶ Тл, заключаем, что дальнейшее поглощение вещества ведет к увеличению радиуса дыры.

Об оценке рисков эксперимента на коллайдере LHC.

Читаем выдержку из статьи  The safety of the LHC:
«The Universe as a whole conducts more than 10 million million LHC-like experiments per second. The possibility of any dangerous consequences contradicts what astronomers see – stars and galaxies still exist».
Переводим: «Во Вселенной в целом ежесекундно происходит более чем 10 миллионов миллионов БАКоподобных экспериментов. Возможность любого опасного последствия противоречит тому, что видят астрономы, – звезды и галактики все еще существуют.»

Но это же обман! Звезды взрываются. Причем частота первых взрывов новых звезд примерно равна частоте гибелей цивилизаций, если предположить, что цивилизация развивается у каждой 15-ой звезды в течение нескольких миллиардов лет. Образно говоря, вспышка новой или сверхновой звезды есть траурный марш по погибшей цивилизации. Сравнение: если взять деревню из 1000 жителей, каждый из которых живет примерно сто лет, то замечаем, что траурный марш в этой деревне звучит в среднем 10 в году.

Кроме того, существуют веские указания на то, что между орбитами Марса и Юпитера существовала планета Фаэтон…

Читая далее статью, замечаем, что группа "LHC Safety Assessment Group" обделена фантазией. Они исследовали лишь возможность появления четырех объектов: микроскопической черной дыры, страпелек, магнитного монополя, вакуумного пузыря. И почти по каждому пункту отмахиваются сравнениями с космическими лучами.

Действительно, из космоса прилетают частицы, имеющие большую энергию, чем энергия столкновений на LHC. Но эти процессы сравнивать нельзя. Частицы, образованные на встречных пучках могут иметь самые малые скорости, а частицы, образованные столкновением космической частицы с атмосферной, будут иметь релятивистские скорости. Здесь более правильно другое сравнение:

а. медленный нейтрон захватывается нейтронодефицитным ядром, и атомная масса ядра возрастает на единицу;
б. нейтрон, имеющий энергию порядка нескольких ТэВ, попадая в нейтронодефицитное ядро, разрушит его.

Поэтому, нейтронная дыра, образованная на коллайдере будет расти. Нейтронная дыра, образованная столкновением космической частицы с атмосферной, будет испаряться, образую ливень вторичных частиц. Такие ливни наблюдаются.

Что мы видим на небе: черные дыры или магнитные капканы?

Наблюдательные объекты, которые связывают с черными дырами, во многих случаях содержат аккреционные диски, а вдоль оси – радио-выбросы. Эти выбросы можно понимать так, что магнитный капкан захватывает лишь то, что "съедобно", но выбрасывает потоки заряженных частиц: электронов, позитронов, и, может быть, протонов и антипротонов.

Новые звезды на самом деле совсем не новые, и они иногда испытывают взрывы с периодом порядка 20 лет. Обнаружено, что эти повторные являются тесным парами, меньший компаньон из которых, является компактной нейтронной звездой, скользящей по поверхности большего компаньона, и пожирающего его. Эта компактная нейтронная звезда тоже является магнитным капканом. Несмотря на то, что её плотность выше плотности большей звезды, она не тонет глубоко. Имея мощное магнитное поле, она постоянно выталкивается из диамагнитной плазмы к поверхности.

Т.о., можно заключить, что пульсары, магнетары и т.п. являются магнитными капканами.

То, что наблюдают на небе, и называют черными дырами не проходит по одной очень важной причине. Классические черные дыры не должны иметь магнитного поля. А большинство наблюдательных объектов, которые выдвигают в качестве кандидатов на черные дыры, имеют огромные, и даже колоссальные магнитные поля. Эти объекты сейчас некоторые называют «Magnetospheric eternally collapsing objects» (MECO)

Но на самом деле это скорее магнитные капканы. МЕКО значительнее правдоподобней черных дыр, а магнитные капканы правдоподобнее МЕКО.

В астрофизике существует несколько нерешенных проблем: наличие радио-выбросов; гамма-всплески; странное поведение аккреционных дисков; происхождение космических лучей высох энергий; как происходит коллапс сверхновой. Эти проблемы решаются значительно проще, если предположить что, центральные области таких наблюдательных объектов содержат магнитные капканы, обладающие предельным магнитным полем.

«Поиски истины», А.Б. Мигдал.

Стр. 56. Такая неустойчивость может возникнуть в достаточно сильном электрическом поле. Вблизи ядра с числом протонов Z пионная конденсация возникает, как показывает расчет, при Z больше 1500.

Стр. 60. Еще одно важное заключение относится к возможности существования сверхплотных нейтронных ядер, которая будет обсуждаться в следующем разделе. Если такие ядра существуют, то должны существовать нейтронные звезды любых размеров (подчеркнуто мной, ИГ), так как в этом случае равновесное нейтронное состояние достигается без помощи гравитации.

Стр. 62. Возможно, сверхплотные ядра могут образовываться при столкновениях тяжелых ионов с энергиями порядка нескольких сот МэВ на нуклон.

Повторим фразу «…должны существовать нейтронные звезды любых размеров…» Любых? Это же катастрофа на коллайдере, но Мигдал не сказал тогда об этом в открытую! И наш расчет показывает минимум – 1055 масс нейтрона. И этот предел достижим на коллайдере.

Книга академика Мигдала была написана 30 лет назад. Речь в ней идет о пионной конденсации, об образовании потенциальной ямы в пионном поле, о перестройке вакуума в сильных полях.

А здесь предполагается образование потенциальной ямы (магнитного капкана) в предельном магнитном поле, созданном в столкновении на коллайдере, и растущем за счет поглощения обычного вещества.

Примерный сценарий катастрофы.

Первые микроскопические магнитные капканы могут быть созданы на одном из коллайдеров, ведь физиков, работающих там, остановить невозможно. Микроскопические магнитные капканы устремятся к центру Земли, поглощая вещество на своем пути, где сольются в один магнитный капкан.

Тонкая оболочка Земли, вместе с нами, будет выброшена в космос, а основная часть Земли превратится в токовый шнур радиусом 6 метров. Для сравнения радиус черной дыры такой же массы равен 9 миллиметров.

Этот 6-метровый бесконечно тонкий диск, вероятно, будет окружен остывающим и уменьшающимся тором из нейтронной жидкости. Тор находится не во вращении, а в постоянном выворачивании. Предполагаемая частота выворачивания – 734 Гц. Для сравнения: частота вспышек самого быстрого пульсара равна 719Гц.

Далее магнитный капкан устремится к Солнцу и плюхнется на его поверхность, но не утонет, потому что магнит выталкивается из диамагнитной плазмы. Образовавшаяся тесная звездная пара будет вращаться, и шестиметровый магнитный капкан будет стремительно поглощать вещество Солнца. Когда радиус магнитного капкана станет равным 158 метрам, его масса будет равна 20 доле массы Солнца. Это будет кульминационный момент, когда сталкиваются два радиуса – радиус Шварцшильда и радиус магнитного капкана. Часть вещества магнитного капкана окажется внутри черной дыры, и в результате произойдет взрыв. Часть Солнца будет выброшена, и оно издалека будет выглядеть, как новая. Если при этом магнитный капкан не испытает пинок, то он снова будет поглощать вещество Солнца, и лет через двадцать опять достигнет критической массы – 20 доли массы Солнца. Повторные взрывы могут продолжаться до тех пор, пока от Солнца почти ничего не останется. Через сотни или тысячи лет на его месте будет мерцать нейтронная звезда, окруженная тором из остатков Солнца.

Магнитные капканы вероятно наблюдаемы. В останках сверхновой звезды SN 1987A видна система колец. Эти кольца лежат на гиперболоиде. Вообразите его так, чтобы кольца опоясывали этот гиперболоид. А теперь посмотрите на электрон, движущийся по гиперболам в координатах x, ict. SN 1987A и электрон чем то подобны.

На Теватроне зарегистрирована мюонная дыра.

Судя по последним публикациям, на Теватроне открыта новая частица.

Она живет в десять раз дольше, чем это следует из Стандартной теории. Она распадается на несколько мюонов, и в связи с этим я назвал её «мюонная дыра», поскольку её свойства похожи на нейтронную дыру. Открытие такой странной частицы, как мюонная дыра, говорит нам о том, что при более высоких энергиях столкновений мы получим целое семейство таких частиц. Что будет следующим: частица Бога, или магнитный капкан Дьявола?

Международный линейный коллайдер (ILC) станет инструментом следующего поколения после Большого адронного коллайдера. В нем будут сталкиваться позитроны и электроны разогнанные до энергий около 500 гигаэлектронвольт, что позволит глубоко проникнуть в природу пространства и времени, решить вопрос о происхождении массы, природе темной материи и темной энергии, существовании дополнительных измерений.

Ранее директор ЦЕРНа Рольф Хойер заявил, что его организация намерена конкурировать за право стать площадкой для нового проекта, американские физики также намерены вступить в соревнование.

По мнению директора ОИЯИ, у России, а именно у предлагаемой для проекта площадки в Дубне, есть свои преимущества.

«Только в Дубне из всех заявленных площадок можно сделать почти наземное сооружение этого коллайдера. У нас хорошая геология, скальная поверхность. Грубо говоря, нужна сорокакилометровая скала, на которой будет стоять этот ускоритель. У нас такие условия есть. В условиях ЦЕРНа геологическая ситуация хуже», — сказал Сисакян в интервью РИА Новости.

«К тому же, здесь довольно малозаселенный район. Мы можем, не тревожа никаких населенных пунктов, создавать этот наземный прибор», — добавил ученый.

Международное сообщество физиков в период с 2010 по 2016 год будет вести проектные работы, сравнивать разные площадки и выберет наиболее подходящий вариант.

По словам Сисакяна, в поддержку проекта высказался губернатор Московской области, а также президент РА.

«Но нужна, конечно, явно выраженная воля государства, потому что хотя проект международный и взносы будут все вносить, но от России тоже потребуется достаточно большой взнос», — сказал он.

«Этот проект уже принят, понятно, что он будет где-то. Если он будет в России, для нашей страны это было бы здорово, это будет не хуже, чем проведение в Сочи Олимпиады», — считает директор ОИЯИ.

По его мнению, такой выбор продемонстрирует «намерение России быть великой научной державой».

«Я считаю, что Россия была и останется державой великой науки. Но нужно какие-то усилия прикладывать. Нужно на какие-то проекты ставить, государство должно проявить волю. Нужны новые космические станции, обсерватории, ускорители», — заключил академик.

ДУБНА (Подмосковье), 24 сен — РИА Новости.

Запись эфира Эхо Москвы от 10.09.2008

Гость:  Виктор Саврин, заместитель директора НИИ ядерной физики МГУ
Ведущие: Владимир Варфоломеев , Марина Королева
Передача: Разворот

В. ВАРФОЛОМЕЕВ: Около пяти часов назад на территории Швейцарии, а, точнее, под ее территорией, говорят, где-то на глубине ста с лишним метров начался эксперимент, в ожидании которого замерло все человечество.

М. КОРОЛЕВА: Кстати, согласись, очень редко, когда о научных исследованиях, вообще о каком-то научном явлении так много говорят. Это, пожалуй, на моей памяти первый такой случай, но только с космосом, наверное, можно сравнить, с какими-нибудь космическими исследованиями.

В. ВАРФОЛОМЕЕВ: У нас в гостях сейчас Виктор Саврин, заместитель директора НИИ ядерной физики МГУ. Виктор Иванович, здравствуйте.

М. КОРОЛЕВА: Здравствуйте.

В. ВАРФОЛОМЕЕВ: Скажите, у вас такой интерес публики, публики, в смысле физики, естественно, непросвещенной, он радует или только забот прибавляет?

В. САВРИН: Вы знаете, в начале, когда появились такие высказывания, даже судебные иски, это как-то беспокоило нас, обеспокоило физиков ЦЕРНа, даже оттуда приходили письма, которые говорили, что будем делать, как с этим бороться. Но потом через какое-то время я и другие, мы поняли, что этот, так скажем, черный пиар о черных дырах имеет позитивную сторону, потому что теперь все население всей планеты знает о том, что коллайдер есть, что он запущен и что это за установка, по крайней мере, в общих чертах, потому что если бы этой шумихи не было, вряд ли люди заметили запуск какого-то еще коллайдера.

М. КОРОЛЕВА: Кстати, Виктор Иванович, а ведь у нас в Советском Союзе, как в новейшей России, не знаю, но обычно все, что было связано с ядерными исследованиями, было как-то очень сильно засекречено. А здесь нет, действительно, доступ самой широкой публики.

В. САВРИН: Совершенно верно, это связано с тем, что ЦЕРН, европейская организация ядерных исследований, была создана в 54 году именно в противовес тому атомному проекту, который развивался и у нас в стране, и в США, тогда прошли испытания водородных бомб. А ученые поставили себе целью создать такую организацию, которая была бы абсолютно открыта и занималась только фундаментальными исследованиями строения вещества, строения и происхождения вселенной. Отсюда пошло то, что все открыто. В отличие, скажем, от запуска спутников или тем более выхода космонавтов на орбиту, здесь все открыто, все заранее известно, все освещается, на самом деле. А там мы узнавали о запуске, скажем, космонавта уже после того, как он приземлился.

В. ВАРФОЛОМЕЕВ: В отличие от Марины, я к физике вообще никакого отношения никогда не имел и не имею.

М. КОРОЛЕВА: Ты что имеешь в виду?

В. ВАРФОЛОМЕЕВ: Твое темное физическое прошлое.

М. КОРОЛЕВА: Да, мы тут с Виктором Ивановичем как раз поговорили о том, что первая запись в моей трудовой книжке как раз, да, это как раз лаборант в НИИ ядерной физики, еще до поступления в университет.

В. ВАРФОЛОМЕЕВ: Так вот, в моем далеком от науки понимании ядерная физика – это, действительно, что, это бомбы, это добыча тепла, добыча энергии. Причем здесь этот коллайдер, причем здесь исследование вселенной, проецирование большого взрыва и т.д.?

В. САВРИН: Дело в том, что мы занимаемся и ЦЕРН тоже не ядерной физикой, хотя это входит в область ядерной физики, а физикой частиц, физикой элементарных частиц или по-другому называется физикой высоких энергий. Она изучает природу на субъядерном уровне, т.е. гораздо глубже, чем само ядро, потому что мы знаем, что ядра состоят из протонов и нейтронов. Далее, протоны и нейтроны состоят из кварков и глюонов, уже на этом уровне кварков и глюонов мы изучаем природу и строение вещества и силы, которые там действуют на коллайдерах такого типа.

В. ВАРФОЛОМЕЕВ: Но электроны, кварки – это я еще помню из курсов начальной школы.

М. КОРОЛЕВА: А что касается глюонов, красиво, но малопонятно.

В. САВРИН: Это вполне понятно, потому что если в протоне есть кварки, то они должны чем-то удерживаться и взаимодействовать между собой, это как раз глюоны, это слово происходит от слова «клей», они склеивают кварки в протоне.

В. ВАРФОЛОМЕЕВ: Подождите, я сейчас ваш глубоко научный диспут двух физиков немножко буду прерывать простыми вопросами. Что такое Большой адронный коллайдер?

В. САВРИН: Большой адронный коллайдер – это ускоритель заряженных частиц.

В. ВАРФОЛОМЕЕВ: Ускорителей много, они же у нас в стране есть, ускорители, в любой ядерной державе.

В. САВРИН: Безусловно, конечно, ускорителей много, уже много поколений ускорителей были в том же ЦЕРНе, скажем, и в России.

В. ВАРФОЛОМЕЕВ: Тогда чем этот отличается от всех других?

В. САВРИН: Этот ускоритель, этот коллайдер отличается тем, что его энергии будет во много раз больше, чем энергии предыдущих коллайдеров. Это грандиозный успех.

В. ВАРФОЛОМЕЕВ: Т.е. только мощностью?

В. САВРИН: Мощностью и еще есть такая характеристика – интенсивность или светимость, по-другому говоря, это тоже важная характеристика, она будет очень высокой в этом коллайдере.

В. ВАРФОЛОМЕЕВ: Для чего этот тоннель прорыли под окрестностями Женевы?

В. САВРИН: Его прорыли для того, чтобы в нем разместить коллайдер. Причем в нем это будет уже Большой адронный коллайдер, будет вторым коллайдером. До этого в этом же тоннеле работал коллайдер, который назывался Большим электрон-позитронным коллайдером LEP, он 15 лет проработал, закончил и решил свои задачи, после этого начали строить новый коллайдер.

В. ВАРФОЛОМЕЕВ: Чем, исходя из поставленных задач, этот коллайдер отличается от предшественников?

В. САВРИН: Отличается очень существенно, скажем, от предыдущего в том же тоннеле коллайдера.

В. ВАРФОЛОМЕЕВ: Дело не только ведь в мощности, мощность – это инструмент, как я понимаю, в данном случае.

В. САВРИН: В какой-то степени, да, чем больше энергия, тем глубже мы проникаем в материю и можем изучать более малые расстояния, скажем, в строении материи, так вот, предыдущий коллайдер, он был электрон-позитронный, там сталкивались два пучка, один из которых электроны, другой – позитроны. Задачи там несколько другие, и он существенно, эти задачи существенно отличаются от тех, которые будут изучаться на новом коллайдере. В Большом адронном коллайдере сталкиваются два пучка протонов, в этом большая разница, протоны – это протяженные объекты, при их столкновении рождается много всего. Трудно выделить оттуда, что нам полезно, что не полезно, что дает полезную информацию и что нет. В электрон-позитронных, поскольку электрон-позитронные точечные, как мы говорим, частицы, без структурные, у них нет структуры, эксперимент более чистый получается. Это с одной стороны. С другой стороны, разница в энергии, тот коллайдер, электрон-позитронный, там энергия была всего 100 тэв, это в 70 раз меньше, каждого пучка меньше, чем будет на Большом адронном коллайдере.

М. КОРОЛЕВА: Кстати, Виктор Иванович, нас здесь многие спрашивают про слово «адронный», расшифруйте это слово, что это, откуда оно?

В. САВРИН: Слово греческого происхождения, оно означает по смыслу, это не буквальный перевод, а «сильный», «твердый». Название это было присвоено некому семейству частиц, куда входят протоны, в частности, нейтроны известные, а также очень много других частиц, которые, как мы говорим, сильно взаимодействуют друг с другом, т.е. это ядерное взаимодействие. Это взаимодействия, с помощью которых нейтроны и протоны взаимодействуют внутри ядра. Поэтому сильное взаимодействие, отсюда и название адронный.

В. ВАРФОЛОМЕЕВ: Я напомню, что у нас в гостях сегодня Виктор Саврин, замдиректора НИИ ядерной физики МГУ. Тема, я понимаю, важнейшая научная, но есть и общественный аспект, тревоги, ожидание неизвестно чего, конца света, что появится под Швейцарии, родится в результате черная дыра, которая, в итоге, всю нашу планету засосет.

М. КОРОЛЕВА: Или какие-то ее части, по меньшей мере, Европу.

В. ВАРФОЛОМЕЕВ: С одной стороны, нас здесь просят, присылают смс-ки, +7 985 970 4545, не обсуждать эту чепуху с концом света. Но, с другой, например, пишут нам – первый раз коллайдер запустили или пробовали запускать, 7 августа, а на следующий день началась война с Грузией. Что будет теперь? Вообще, насколько эти все опасения хоть какую-то основу под собой имеют?

В. САВРИН: Я должен сказать, что никакой основы не имеют.

М. КОРОЛЕВА: Т.е. это ерунда, что ли?

В. САВРИН: Все это мистика. Более-менее понятно, откуда она происходит. Если не говорить, может быть, о специальных акциях, которые могут быть направлены на распространение таких вещей, то происходит это того, что, естественно, население и народ в основе своей, не считая физиков, не чувствуют разницы между макромиром и микромиром. Это совершенно разные вещи, хотя в результате они взаимосвязаны. Но масштабы временные, пространственные, энергетические абсолютно разные, это в миллиарды, миллиарды раз различаются между собой. И когда люди услышали, что на коллайдере будут искать миничерные дыры, в их сознании это название тут же связалось с черными дырами, которые существуют во вселенной, даже в нашей галактике. Но это масштабы совершенно другие и совсем другие механизмы, которые им управляют.

В. ВАРФОЛОМЕЕВ: Т.е., в данном случае, только маленькая черная дырочка, что ли?

В. САВРИН: Маленькая черная дырочка, которая живет миллиардные доли секунды или даже меньше. Т.е. она тут же испаряется. Но пока это не факт, что они вообще там будут. Пока это лишь решение неких уравнений, которые были решены математиками и физиками-теоретиками, мы знаем, что многие решения, их может быть тысячи, одних и тех же уравнений, никакого отношения к природе не имеют.

М. КОРОЛЕВА: С другой стороны, Виктор Иванович, вы сами сказали, что при столкновении этих пучков протонов образуется много всего, еще до конца неизвестно, что именно. Насколько предсказуемы результаты этого эксперимента?

В. САВРИН: Я думаю, что они вполне предсказуемы по той причине, что космические лучи, которые бомбардируют нашу Землю и атмосферу, имеют гораздо больше энергии, чем на Большом адронном коллайдере. При этом Земля облучается этими космическими лучами несколько миллиардов лет. Если бы какие-то объекты опасные существовали, как черные дыры, то мы бы давно это почувствовали. Кто-то подсчитал, буквально на днях в преддверии всех этих событий, что, на самом деле, Земля испытала на себе сотни миллионов экспериментов, которые будут проводиться на Большом адронном коллайдере. Т.е. уже на Земле эти эксперименты проведены в таком объеме, ничего не было замечено, я уж не говорю о глобальных катастрофах, но и, в принципе, пока ничего не наблюдалось.

М. КОРОЛЕВА: Вы ведь там были в Швейцарии не раз?

В. САВРИН: Я довольно часто там бываю.

М. КОРОЛЕВА: Вы курируете этот проект, как вы сказали?

В. САВРИН: В какой-то степени координирую.

М. КОРОЛЕВА: С российской стороны. Как это выглядит? Можете в общих словах рассказать?

В. САВРИН: Большой адронный коллайдер как выглядит? Тоннель 27 км.

М. КОРОЛЕВА: Как тоннель в метро?

В. САВРИН: Типа как в метро, я хотел сказать, кольцевую линию себе представьте, она, правда, по-моему, 18 км, это 27 км. Дальше, внутри этого тоннеля расположен самоускоритель, он представляет из себя трубу, скажем, по форме, примерно метр или даже поменьше в диаметре, которая начинена всякими необходимыми для разгона пучков приборами. Очень просто устроен, есть три составные части ускорителя, если говорить простым языком. Во-первых, нужны ускоряющие станции, но это клистроны, это радиофизика, электромагнитное поле разгоняет заряженные частицы, это, по-моему, всем школьникам даже понятно, чтобы разогнать частицу, ее нужно поместить в электрическое поле, и она приобретает ускорение и затем скорость.

В. ВАРФОЛОМЕЕВ: Сейчас Виктор Иванович на меня смотрит как на школьника, но, честно говоря…

М. КОРОЛЕВА: Чувствуешь себя на уроке физики.

В. ВАРФОЛОМЕЕВ: …я этот урок прогулял.

М. КОРОЛЕВА: Заодно узнаем.

В. САВРИН: Вторая составная часть – это магниты дипольные, которые необходимы для того, чтобы отклонять этот пучок частиц, поскольку он должен по окружности, если его не отклонять, он полетит прямо. Эти дипольные магниты отклоняют, в результате, пучок протона движется по окружности. Третья часть – это фокусирующие магниты, которые необходимы, чтобы пучок был нужных параметров, очень маленький, очень тонкий, потому что протоны, опять же, обращаясь к школьной программе, это положительно заряженные частицы, а, как известно, одноименные заряды, вы это помните, отталкиваются.

В. ВАРФОЛОМЕЕВ: Я киваю головой.

В. САВРИН: И если этот пучок все время не контролировать и не пытаться сфокусировать, то они просто разлетятся в разные стороны и сядут на стенки тех вакуумных камер, где эти протоны летят.

В. ВАРФОЛОМЕЕВ: Кто и когда решил построить Большой адронный коллайдер, было ли какое-то решение правительства Швейцарии, может быть, это Объединенные нации так решили?

В. САВРИН: ЦЕРН…

В. ВАРФОЛОМЕЕВ: Частная инициатива?

В. САВРИН: Нет, ЦЕРН, европейская организация ядерных исследований, это международная организация. Там не надо решения какого-то одного правительства. Основным руководящим органом ЦЕРНа является совет ЦЕРНа, где собраны представители всех стран-членов ЦЕРНа, это 20 стран сейчас. Они-то и решили построить этот ускоритель для проведения экспериментов будущего, так скажем. Но тут не надо это дело слишком буквально понимать. На самом деле, коллайдер менее мощный, не настолько уж, в семь раз всего, был еще раньше построен в США, до сих пор работает в Ферми, лаборатории близ Чикаго. Там энергия каждого пучка 1 тэв, а здесь 7 тэв, так что это не такая уж новость в смысле коллайдерной физики, но новость в смысле энергии, мы поднимаемся на какой-то более высокий уровень.

М. КОРОЛЕВА: Интересно, что о первом коллайдере, в общем, никто из нас особенно не слышал, вопросами, связанными с черными дырами, не задавался.

В. САВРИН: Это и удивительно, а он работает уже 15 или 20 лет, фактически там могли эти дыры тоже родиться.

В. ВАРФОЛОМЕЕВ: После сегодняшнего эксперимента наш вице-премьер, большой знаток науки Сергей Иванов сказал…

М. КОРОЛЕВА: И любитель науки.

В. ВАРФОЛОМЕЕВ: Любитель, да, что Россия наряду с другими странами, участвовавшими в строительстве адронного коллайдера, будет пользоваться всеми результатами его работы. Вообще Сергей Борисович очень любит конкретные результаты научной деятельности. О чем может идти речь здесь?

В. САВРИН: Безусловно, когда начнутся эксперименты и столкновения в детекторах, это, мы надеемся, к концу года уже начнется, пойдут данные о тех процессах, которые происходят при столкновении протонов. Эти данные будут накапливаться и обрабатываться физиками, это несколько тысяч физиков, порядка 50 стран, для того, чтобы получить нужные, интересные для нас результаты, вообще для познания природы из этих данных. Данных будет очень много, но все коллаборации, во-первых, там есть четыре коллаборации, четыре разных эксперимента, в каждой коллаборации все участники будут иметь доступ к тем данным, которые будут получены на каждом детекторе. Но при этом, конечно, каждые группы, в том числе, и российские группы, будут заниматься задачами вполне определенными и конкретными, потому что задач очень много. Будут изучать именно те процессы, которые они способны сделать, некое распределение, разделение труда между физиками.

М. КОРОЛЕВА: Сергей Иванов упомянул, что там работает около 800 российских ученых, это, действительно, цифра, близкая к истине?

В. САВРИН: Да, это примерно так, мы это анализировали, трудно назвать точную цифру, но российских физиков, которые непосредственно и постоянно связаны с этим проектом, это порядка 700-800, цифра, близкая к этому. Хотя есть еще другой контингент, который также как-то участвует в этом, но в меньшей степени.

В. ВАРФОЛОМЕЕВ: А эти ученые, они там в личном качестве, они делегированы нашими научными институтами?

М. КОРОЛЕВА: Это командировка, да?

В. ВАРФОЛОМЕЕВ: Что это?

В. САВРИН: Тут надо сказать, что, в принципе, есть соглашение межправительственное, т.е. между нашим правительством, оно еще было и в Советском Союзе, и потом было заново заключено, когда Россия стала самостоятельной. В рамках этого соглашения работают наши институты, следовательно, физики, которые являются сотрудниками этих институтов. Более того, если говорить о Большом адронном коллайдере, то в 96 г. был подписан, опять же, на правительственном уровне протокол об участии российских физиков в этом проекте, Большой адронный коллайдер. Поэтому все физики, которые участвуют, они делегированы от лица институтов в рамках этих соглашений.

В. ВАРФОЛОМЕЕВ: А кто им платит, нашим ученым, работающим там под Женевой?

В. САВРИН: Нашим ученым, которые там работают, причем надо сказать, что это 700 человек, не то, что они там все время постоянно находятся, пожалуй, в каждый данный момент находится порядка 200 человек. Они меняются, потому что люди приезжают на сроки от одной недели, до нескольких месяце, в зависимости от задач, которые перед ними ставят. Платит им российское правительство, специальное постановление было, как говорится, выплатить содержание во время пребывания там. Идет это все через федеральное агентство по науке и инновациям, которое при министерстве образования и науки.

М. КОРОЛЕВА: Виктор Иванович, а не было ли таких разговоров о том, что Россия, которая сейчас поднимается у нас с колен, много разговоров о том, что науке должно уделяться больше внимания, что Россия могла бы у себя на своей территории, на своей большой территории, не такой, как Швейцария, построить свой Большой адронный коллайдер.

В. ВАРФОЛОМЕЕВ: Не 27 км, а 270, кстати, тут Андрей как раз из Москвы спрашивает, а что у нас было вырыто в советские времена под Протвино?

М. КОРОЛЕВА: Протвино, да.

В. САВРИН: Я об этом вам расскажу, я хотел, на самом деле, рассказать, потому что это очень интересно. На самом деле, еще в советские времена, в конце 70-х гг., в России был создан проект коллайдера, протон-антипротонного, это не имеет значения, на энергию 3 тэва для каждого пучка. Этот коллайдер, он назывался ускорительно-накопительным комплексом, действительно, должен был быть построен в Протвино, где работает ускоритель на 70 гэв до сих пор, который был крупнейшим в мире в 67 г., когда его запустили, в течение нескольких лет ни в Америке, ни в Европе не было такого ускорителя. Так вот, тот коллайдер, ускорительно-накопительный комплекс, проект его был создан, его завершение, его начали строить, прорыли тоннель, 21 км, почти такой же, как в ЦЕРНе, но потом экономическая ситуация изменилась. Средств на то, чтобы достроить его, не осталось. Что здесь интересно отметить, что если бы наш проект был осуществлен, то никакой необходимости в сооружении Большого адронного коллайдера не было бы, потому что…

М. КОРОЛЕВА: Так что же, просто закопали, что ли?

В. САВРИН: Да, стоит тоннель. Закопать его нельзя, потому что это экологически опасно, примерно 80-90 миллионов руб. ежегодно государством выделяется на поддержание его, откачка воды, охрана, я не знаю, стенки укреплять надо, до сих пор это так без использования на сегодняшний день стоит.

В. ВАРФОЛОМЕЕВ: Все, у нас осталась одна минута, в завершение две смс-ки от наших слушателей. Первая от Виктора из Вологды, наверное, не требует каких-то комментариев. А, может быть, пишет он, все уже скукожилось, мы уже в черной дыре, кто там был, кто расскажет, как там на самом деле? Мы не в черной дыре, нет?

В. САВРИН: Нет, не в черной. Более того, я имею постоянную связь, сегодня, в том числе…

М. КОРОЛЕВА: Т.е. люди есть.

В. САВРИН: …с моими коллегами из ЦЕРН, которые находятся…

В. ВАРФОЛОМЕЕВ: Вдруг в черной дыре тоже жизнь возможна. И последнее, Алексей пишет – уверен, что по получении новых данных и открытий неизвестного станет только больше, каков же смысл? Я думаю, Алексей, что над вашим вопросом задумывались и Улугбек, и Галилей, и Ньютон, и ответ продолжают искать нынешние ученые.

В. САВРИН: Совершенно верно.

М. КОРОЛЕВА: Виктор Иванович Саврин, замдиректора НИИ ядерной физики МГУ, был у нас в прямом эфире. Спасибо.

В. ВАРФОЛОМЕЕВ: Спасибо огромное, это было очень интересно.

В. САВРИН: Спасибо вам.

Перед запуском Большого адронного коллайдера многие опасались, что при его работе образуется антиматерия, которая уничтожит материю обычную. Вскоре после старта коллайдер сломался, и пока он на ремонте, Земля в безопасности. Но некоторые ученые не оставляют попытки получить антиматерию у себя в лаборатории и даже добиваются некоторых успехов. Например, в ноябре 2008 года физики из Ливерморской национальной лаборатории Лоуренса заявили о том, что им удалось разработать технологию получения большого количества антивещества.

Вместо того чтобы испугаться, остальные физики, скорее всего, обрадуются новому способу получения смертоносной субстанции. Так стоит ли бояться антипода материи, и зачем физики так упорно стремятся получить его?

Почти так же, но наоборот

Все началось в 1928 году, когда британский физик Поль Дирак в результате теоретических рассуждений пришел к выводу, что у электрона – элементарной частицы с отрицательным электростатическим зарядом – должен быть положительно заряженный брат-близнец. В 1932 году существование положительно заряженного электрона было подтверждено экспериментально. Первая открытая частица антивещества получила название позитрон (реже употребляют термин антиэлектрон).

В 1955 году был открыт антипод протона – антипротон, и в конце концов физикам стало ясно, что каждой частице “обычного” вещества соответствует частица антивещества. Элементарные составляющие материи и антиматерии имеют практически одинаковые характеристики за исключением заряда. Нейтральные частицы и античастицы (например, нейтрон и антинейтрон), очевидно, нельзя отличить друг от друга по знаку заряда, однако они все же являются разными частицами. Нейтральные частицы состоят из кварков, а нейтральные античастицы – из антикварков.

Многие опасаются, что создание антивещества может угрожать безопасности планеты. Чтобы понять, обоснованы ли эти страхи, можно подсчитать, сколько антиматерии необходимо для создания бомбы, аналогичной той, которая разрушила Хиросиму. Ее мощность составляла 20 килотонн в тротиловом эквиваленте. При взрыве бомбы выделилось 20х4,2х1012 килоджоулей энергии. При взаимодействии одного грамма вещества с одним граммом антивещества выделяется 1,8х1014 Джоулей. В тротиловом эквиваленте это составляет 42,8 килотонн. То есть, для создания бомбы, разрушившей Хиросиму, необходимо всего полграмма антиматерии. С той скоростью, с которой ученые сейчас получают антивещество, для синтеза этого количества необходимо около двух миллиардов лет.

Еще один способ понять, имеем ли мы дело с частицами вещества или антивещества – это привести их в соприкосновение. Если они принадлежат к одному типу материи, то ничего особенного не произойдет. А вот если некоторые из частиц являются частицами, а другие – античастицами, то при контакте все они исчезнут с выделением большого количества энергии. Точнее, не большого, а ровно такого, какое предсказывает уравнение Эйнштейна E=mc2.

Эта особенность антивещества сильно затрудняет его получение и хранение. Тем не менее, в 1995 году специалистам из Европейского центра ядерных исследований (CERN) удалось создать антиводород. Атомы “обычного” водорода состоят из одного протона и одного электрона. Это самые простые из существующих атомов. Атом антиводорода состоит из отрицательно заряженного антипротона, вокруг которого вращается положительно заряженный позитрон. Сталкивая антипротоны с атомами ксенона в течение трех недель, физикам удалось получить девять атомов антиводорода, каждый из которых просуществовал около сорока миллиардных долей секунды, после чего аннигилировал (разрушился), столкнувшись с “обычными” атомами.

В 2002 году две группы ученых получили тысячи атомов антиводорода, “стравливая” позитроны и антипротоны, удерживаемые магнитными ловушками. Еще позже физики научились производить миллионы антиатомов. Каким бы огромным ни было число миллион, миллион атомов антиводорода – это очень-очень мало. Скажем, чтобы надуть обычный воздушный шарик антиводородом, необходимо десять миллионов триллионов таких антиатомов (один с 19 нулями).

Физики из Ливерморской национальной лаборатории под руководством Хуэй Чен (Hui Chen) разработали технологию получения сотен миллиардов античастиц. Правда, они создавали позитроны, а не целые атомы, но все равно увеличение числа получаемых античастиц на несколько порядков (а именно это утверждают авторы исследования) – это пусть маленький, но все же шаг вперед. Источником позитронов служили золотые пластины, на которые воздействовали лазерным лучом.

Коротокоимпульсный лазер высокой интенсивности испарял атомы золота и ионизировал их. В образовавшемся облаке плазмы ускоренные электроны сталкивались с ядрами золота. При этом образовывалось множество частиц, в том числе, позитроны.

Методы выбивания античастиц из металлических мишеней существуют давно. Новизна данной технологии заключается в использовании золотых пластин толщиной около миллиметра и применении короткоимпульсного лазера. Обычно ученые используют металлические мишени толщиной с лист бумаги, однако более толстые пластины, по словам исследователей, которые сначала смоделировали будущий эксперимент на компьютере, “дают” больше позитронов. Короткоимпульсный мощный лазер позволяет сконцентрировать энергию не только в пространстве, но и во времени.

Чен и коллеги фиксировали образование позитронов с помощью обычного детектора электронов, настроенного на регистрацию частиц с другим знаком заряда. Согласно оценкам ученых, всего во время их эксперимента “родилось” более ста миллиардов позитронов. Если результаты физиков подтвердятся, то новая технология действительно позволяет получать намного больше античастиц, чем предыдущие аналоги.

Все пропало

Зачем физики тратят столько усилий для получения этой непонятной антиматерии? Как это ни странно, но одной из причин является ее отсутствие в окружающем нас мире. Антивещества почти нет не только на Земле или в Солнечной системе, но также и на далеких звездах. Этот факт не дает покоя физикам, так как согласно существующим теориям, во время Большого Взрыва должно было образоваться примерно поровну частиц материи и антиматерии.

Однако это означает, что читатель сейчас не может смотреть в монитор, так как ни читателя, ни монитора не должно существовать. Все антивещество должно было бы прореагировать со всем веществом, при этом выделилось бы огромное количество энергии, но число образовавшихся частиц было бы недостаточным для создания галактик, звезд, планет и людей.

Означает ли присутствие читателя перед монитором, что во время Большого Взрыва образовывалось преимущественно вещество, а не антивещество? Вероятно, нет. В настоящее время ученые придерживаются мнения, что в окружающей нас Вселенной материи значительно больше, чем антиматерии по причине того, что законы физики для них не совсем одинаковы. При высоких энергиях частицы как вещества, так и антивещества “любят” превращаться друг в друга. Кварки могут превращаться в позитроны, а антикварки в электроны и наоборот (на самом деле, все несколько сложнее, и, например, электроны или позитроны не прямо образуются из кварков, а испускаются при взаимодействии кварков или антикварков). Неравноценность физических законов для материи и антиматерии проявляется в том, что в молодой Вселенной преимущественно происходили процессы превращения позитронов в кварки, а не электронов в антикварки. Однако для окончательного принятия этой теории не хватает экспериментальных доказательств, и именно поэтому физики стремятся получить антиматерию в своих лабораториях.

Помимо желания узнать, как развивались события вскоре после Большого Взрыва и куда подевалась вся антиматерия, исследователям просто интересно сталкивать между собой частицы и античастицы. Дело в том, что при их аннигиляции не только выделяется энергия, но также происходит образование некоторых новых частиц (так как масса и энергия неразрывно связаны между собой через уже упоминавшееся уравнение Эйнштейна). Физики очень любят изучать новые частицы, и их любопытству мы обязаны строительством ускорителей, в которых частицы сталкиваются друг с другом на огромной скорости. Будем надеяться, что кризис не помешает ремонту самого большого из них, и у физиков вновь появится их любимая игрушка.

lenta.ru

Рис. 1. Схематичное изображение различных вариантов рождения мюонов (вид вдоль оси пучка). Серый круг — вакуумная труба, синие окружности — первые несколько слоев вершинного детектора, регистрирующего место прохождения частиц (показаны красными точками). Красный кружок в центре — место столкновение протонов, зеленые дуги — родившиеся мюоны, серые линии — остальные частицы.

a) типичная картина рождения мюонов при распаде короткоживущих частиц, например, Z-бозона.

b) рождение мюонов в распадах B-мезонов, которые успевают отлететь от оси на несколько миллиметров.

c) типичный вид аномальных событий, зарегистрированных детектором CDF. Некоторые из мюонов рождаются снаружи вакуумной трубы, поэтому их не регистрируют самые внутренние слои детектора. Часто мюоны рождаются сразу по несколько штук с каждой стороны.

Прежде чем приступать к подробному рассказу, стоит во избежание недоразумения подчеркнуть, что описываемое открытие сделано не на Большом адронном коллайдере в ЦЕРНе, а на американском протон-антипротонном коллайдере Тэватрон. Именно он остается пока самым мощным протонным коллайдером. Большой адронный коллайдер сейчас ожидает починки и приступит к работе не ранее весны 2009 года.

Вкратце: что же было обнаружено

31 октября в архиве электронных препринтов появилась статья коллаборации CDF, работающей на протон-антипротонном ускорителе Тэватрон, с заголовком «Изучение многомюонных событий в протон-антипротонных столкновениях с энергией 1,96 ТэВ». В этой статье говорится, что в ходе работы коллайдера было зарегистрировано много событий, обладающих очень необычными свойствами.

Главным «действующим лицом» в этих событиях были мюоны — элементарные частицы из класса лептонов, к которому относится также и электрон. Лептоны отличаются тем, что они не чувствуют сильное ядерное взаимодействие, а взаимодействуют лишь через слабое или электромагнитное. Отсюда возникает характерная особенность мюонов — они довольно «неохотно» взаимодействуют с другими частицами. (К тому же мюоны в 200 раз тяжелее электронов, поэтому они плохо «сдвигаются» с места под действием электромагнитных сил, и из-за этого они очень мало ионизуют вещество, когда летят сквозь него; электроны же очень легкие, они электромагнитно взаимодействуют намного охотнее и быстро теряют энергию при движении сквозь среду, хотя заряд у мюона и электрона одинаков.) Поэтому мюоны способны пролететь сквозь многие метры вещества, тогда как электроны, протоны и другие частицы уже полностью поглощаются. И поэтому процессы, в результате которых рождается много мюонов, выглядят чрезвычайно странно. Ведь мюоны не могут просто так расплодиться, как например пи-мезоны в протонных столкновениях. Можно сказать, что у каждого мюона должна быть своя «причина» для рождения.

В обнаруженных коллаборацией CDF аномальных событиях как раз рождалось несколько мюонов. И странностей там было несколько. Прежде всего, один из зарегистрированных мюонов рождался не вблизи оси столкновения протонов, как это происходит обычно, а далеко от нее, иногда даже снаружи вакуумной трубы, по которой летают протонные сгустки. Такое могло бы произойти, если бы в протонных столкновениях рождалась нестабильная частица, которая пролетала несколько сантиметров и распадалась, породив мюон. Проблема только в том, что подходящая частица физикам неизвестна. Кроме того, часто такие «далекие» мюоны рождались не одиночными, а сразу по несколько штук. Получалось нечто типа «мюонной струи» — явление, совершенно невероятное с точки зрения Стандартной модели.

После тщательной проверки всех известных источников рождения мюонов и учета всех погрешностей экспериментаторы заявили, что обнаруженные события не могут быть объяснены известными им процессами. Конечно, скептик на это может возразить, что, скорее всего, тут проявился какой-то неучтенный артефакт сложнейшей аппаратуры или обработки данных. Но если причиной аномальных событий действительно являются какие-то новые частицы, то они будут гарантированно обладать совершенно нестандартными свойствами. Их обнаружение ознаменует собой открытие новой грани устройства нашего мира.

Как физики пришли к этому исследованию

Разворачивающийся на наших глазах настоящий «научный детектив» начался довольно давно, хотя тогда физики, конечно, не подозревали, к чему это их в конце концов приведет.

Среди всевозможных сильновзаимодействующих частиц (адронов), которые рождаются в столкновении протонов на адронных коллайдерах, физиков особенно интересуют B-мезоны. Одна из причин, почему они интересны, заключается в том, что их рождение и распад можно вычислить теоретически с хорошей точностью, поскольку эффекты адронизации не так сильно портят картину, как в случае легких мезонов.

Теоретики уже давно сосчитали сечение рождения этих мезонов. Однако когда экспериментаторы его измерили на разных коллайдерах, у них получилось значение в несколько раз больше теоретически предсказанного. Пример того, как обстояли дела по состоянию на 2003 год, см. на страничке Текущие открытия в ФЭЧ: b-проблема и в новости Тайна B-мезонов (там, правда, описываются результаты, полученные не на Тэватроне, а на электрон-протонном коллайдере HERA).

С тех пор прошло несколько лет. С одной стороны, теоретики уточнили свои расчеты. С другой стороны, экспериментаторы научились измерять это сечение двумя способами, которые различаются методом регистрации B-мезонов. Будучи короткоживущими частицами, эти мезоны пролетают от точки рождения не более нескольких миллиметров и распадаются, не достигнув детектора (см. рис. 1b). Распасться они могут как на несколько легких адронов, так и на адрон и мюон (плюс нейтрино, которое улетает, не оставляя следа в детекторе). Поскольку вероятности того или иного варианта («канала», как говорят физики) распада B-мезонов хорошо известны из других экспериментов, то, регистрируя на Тэватроне B-мезоны как через один, так и через другой канал распада, можно потом восстановить одну и ту же исходную величину — сечение рождения B-мезонов. Но тут-то две методики измерения сечения и не сходились. Если новые измерения, основанные на адронных распадах B-мезонов, уже согласовывались с теоретическими расчетами, то измерения через регистрацию мюонов по-прежнему сильно отличались от них. Таким образом, вместо несогласия теории с экспериментом проблема превратилась в несостыковку двух разных методик измерения сечения рождения B-мезонов.

В прошлом году коллаборация CDF повторила анализ процесса рождения B-мезонов через детектирование мюонов, использовав более совершенные методы обработки данных. На этот раз результат прекрасно сошелся как с теоретическими расчетами, так и с измерениями через адронные распады B-мезонов. Итак, загадка решена! Для полного счастья оставалось только понять, почему предыдущие измерения давали завышенные результаты.

Именно с этой целью и было предпринято новое исследование, результаты которого оказались неожиданными даже для самих экспериментаторов.

Методика и результаты исследования

Анализ 2007 года отличался от более раннего тем, что в нём учитывалось, откуда именно вылетают мюоны. Критерий отбора был простой: мюоны должны были обязательно пройти через два самых внутренних слоя детектора, то есть должны были вылетать из вакуумной трубы (см. рис. 1). Поскольку B-мезоны (а также другие короткоживущие частицы) до распада проходят от силы несколько миллиметров, а радиус трубы составлял целых 1,5 см, этот выбор был совершенно естественным. И вот теперь выяснилось, что этот критерий полностью отсекает события, в которых хотя бы один мюон рождается снаружи вакуумной трубы (см. рис. 1c). И таких событий набралось немало — свыше 150 тысяч при всей статистике в 740 тысяч событий.

Это само по себе поразительная вещь. Дело в том, что если след какой-то частицы не пересекает ось протонных столкновений (то есть частица рождается в стороне от «главных событий»), то это значит, что сначала родилась какая-то другая метастабильная частица, которая успела отлететь от места рождения и уже там распалась. Именно так, например, физики выискивают B-мезоны (см. опять же рис. 1b). Однако частиц, способных пролететь заметную дистанцию до распада (хотя бы миллиметр), очень немного. Проверив их все, физики выяснили, что мюоны ну никак не могли рождаться дальше нескольких миллиметров от оси пучка! Однако экспериментальные данные неумолимо говорят об обратном — иногда мюоны рождались в нескольких сантиметрах от оси.

Рис. 2. Распределение по прицельному параметру мюонов. Черными точками показаны аномальные события, красной гистограммой — обычные события, вызванные рождением и распадом известных частиц. Изображение из обсуждаемой статьи

Например, на рис. 2 показано распределение мюонов по прицельному параметру. Прицельный параметр — это кратчайшее расстояние от траектории частицы до оси пучка. Определить его несложно — когда заряженная частица пролетает концентрические слои детектора, она оставляет в каждом из них ионизационный след (см. рис. 1). По этим точкам можно восстановить траекторию частицы, продолжить ее назад и вычислить минимальное расстояние до оси.

Тут можно подвести промежуточный итог. В старых данных рождения B-мезонов через мюонный канал распада присутствовало большое число «неправильных» событий. Они гарантированно не являются результатом рождения и распада B-мезонов, но долгое время физики этого не понимали. А в анализе 2007 года от этих аномальных событий избавились, и тогда всё стало на свои места.

А вот теперь начинается самое интересное. Как только физики осознали, что эти аномальные события не могут быть результатом рождения и распада никаких из известных частиц, они принялись за тщательное их изучение.

Прежде всего, они подметили еще одну их странность, взглянув на заряд мюонов, вылетающих в противоположные стороны (на сленге физиков-экспериментаторов антимюоны часто тоже называются мюонами, но только с положительным зарядом). Для «нормальных» процессов мюоны, вылетающие в противоположных направлениях, обычно имеют противоположные знаки (то есть пары μ⁺μ^– рождаются чаще, чем μ⁺μ⁺ или μ^–μ^–). А для аномальных событий никакого предпочтения не обнаружилось.

Дальше — больше. Изучая, какие еще частицы меньшей энергии сопровождали эти далекие мюонные пары, экспериментаторы выяснили совершенно неожиданную вещь — часто мюоны (на каждой стороне) рождались не поодиночке, а сразу по несколько штук, вплоть до восьми (см. рис. 1c)! Причем положительные и отрицательные мюоны появлялись в самых разнообразных комбинациях, без какого-то четкого предпочтения. И последний штрих — эти мюоны вылетали не в произвольном направлении, а примерно вдоль направления исходного мюона. Иными словами, они образовывали настоящую мюонную струю — явление, совершенно неслыханное для Стандартной модели!

Возможные причины

Артефакт экспериментальной установки?

Сам собой напрашивается вывод, что в этом эксперименте открыта какая-то новая частица. Однако стоит напомнить, что когда экспериментатор видит в своей установке какое-то странное явление, он первым делом проверяет, не дала ли сбой его установка, не является ли причиной явления какой-то неизвестный ранее артефакт, неучтенная систематическая погрешность. И только после того, как будет проверено всё, что можно, и не будет найдена причина, экспериментатор осторожно говорит, что его установка действительно обнаружила новое явление.

Так и поступили члены коллаборации CDF. Прежде чем опубликовать результат, они провели большое число разнообразных проверок и моделирований, в которых пытались описать аномальные события уже известными явлениями. Они учли все, какие только возможно, процессы, приводящие к рождению мюонов с наблюдаемыми параметрами, а также перебрали все известные им источники погрешностей или ошибок самого детектора (то есть проверялась возможность, что это были обычные события, которые детектор в силу инструментальных ошибок «увидел» как мюонные и приписал им необычные свойства). Этот анализ включал, например, такие возможности:

Мюоны могли родиться в распаде относительно долгоживущих частиц, например K- или π-мезонов.

Это могли быть заряженные π-мезоны, которые детектор «перепутал» с мюонами.

Мюон из космических лучей, случайно пролетевший сквозь детектор как раз в момент столкновения двух сгустков, мог быть ошибочно интерпретирован детектором как два мюона, родившиеся в столкновении и вылетевшие в противоположных направлениях.

Незаметная долгоживущая частица могла при пролете сквозь детектор столкнуться с ядром какого-нибудь атома вещества детектора и породить мюон.

Анализ показал, что да, за счет таких «ложных срабатываний» детектор мог сгенерировать довольно много аномальных событий, но все их отнести на этот счет никак не получалось. Кроме того, распределение по прицельным параметрам было бы совсем иное. И наконец, в этих событиях никак не могли рождаться мюонные струи. Именно на основании этого анализа авторы заявили: при текущем уровне знаний как об элементарных частицах, так и о самом детекторе они не могут объяснить происхождение этих событий.

Новая частица?

Если же предположить, что мы здесь видим рождение и распад каких-то новых частиц, то эти частицы должны обладать удивительными свойствами.

Во-первых, они не могут быть слишком тяжелыми. Точного ограничения на их массу экспериментаторы пока не дали (возможно, оно появится в последующих публикациях), но судя по представленным данным, масса должна быть в районе от нескольких до нескольких десятков ГэВ.

Во-вторых, это сразу же наводит на мысль, что новая частица не может быть чем-то стандартным (скажем, еще одним кварком), потому что в этом случае новая частица давно проявилась бы в предыдущих экспериментах.

В-третьих, эта частица должна распадаться за счет либо слабого, либо какого-то совсем нового типа взаимодействий. На это указывает большая дистанция, которую частица пролетает до распада, а значит, довольно большое среднее время жизни.

В-четвертых, скорее всего тут должна проявляться не одна, а сразу несколько новых частиц. Действительно, трудно представить, чтобы многомюонный распад произошел за один прием. Более вероятно, что здесь наблюдается «каскадный» распад — когда одна новая частица распадается на другую полегче и испускает мюон, та в свою очередь распадается дальше, тоже с испусканием мюона, и так далее. Такие цепочки распадов возможны в ряде теорий, например в суперсимметричных теориях (см. рис. 3).

Рис. 3. Типичный каскадный распад новых частиц в суперсимметричных теориях. Заметьте, что в ходе распада испускается положительный и отрицательный лептон l⁺ и l^–. Более длинные цепочки могли бы в принципе породить многомюонные события. Изображение с сайта physics.gla.ac.uk

Тут самое время упомянуть теоретическую статью LHC Signals for a SuperUnified Theory of Dark Matter, появившуюся в архиве электронных препринтов всего три недели назад. В ней предлагается новая модель темной материи, основанная на специально построенной разновидности суперсимметричных теорий. Вообще-то, авторы той работы старались описать новые астрофизические данные, например нашумевшие результаты спутника PAMELA. Однако попутно они выяснили, что в их теории новые частицы могут распадаться и с образованием большого числа электронов и мюонов — фактически, они предсказали лептонные струи.

Является ли это совпадением или же тут имела место утечка информации — сказать трудно. Питер Войт, известный своим блогом Not Even Wrong, утверждает, что из-за плохо сконфигурированного сервера коллаборации CDF поисковик Google проиндексировал предварительные тексты статей по поводу этого открытия, датированные еще июлем этого года. Поэтому в течение некоторого времени все данные находились в свободном доступе. Однако один из авторов теоретической статьи клянется, что конструируя свою модель, он не имел ни малейшего представления о данных CDF. Второй автор спустя некоторое время тоже выступил с подробным описанием того, как они пришли к своей модели, и с негодованием отмел предположения, что он тайком подглядывал в данные CDF до их публикации.

Так или иначе, можно быть уверенным, что в ближайшие месяцы (начиная буквально со следующей недели) пойдет поток теоретических статей, в которых будет предлагаться то или иное объяснение обнаруженной аномалии. Однако намного более важными в этой ситуации будут дальнейшие экспериментальные данные. Прежде всего, сейчас абсолютно необходимы данные второго крупного эксперимента, работающего на Тэватроне, — DZero. Если в нём тоже видна такая же аномалия, значит она не является артефактом CDF, а представляет собой нечто реальное. Затем, полезно выяснить, не наблюдается ли подобный эффект в рождении электронов. Ну и, конечно, надо будет дождаться более подробного анализа CDF, ведь сейчас они представили лишь промежуточные результаты.

Игорь Иванов. Элементы

Hовый сбой произошел в работе большого адронного коллайдера. Как сообщает в субботу (20 сентября) телеканал “Вести-24″ со ссылкой на сайт “Элементы”, один из магнитов ускорителя вышел из сверхпроводящего в обычное состояние, а также произошла утечка гелия.

“Проблемы с магнитом, нагревшимся до температуры 100 градусов выше абсолютного нуля, начались в пятницу днем. Примерно в это же время был зафиксирован значительный выброс жидкого гелия в туннель”, – подчеркивается на сайте.

Как отмечается в сообщении, детали происшествия пока не известны. “Этот сбой может потребовать, как минимум, длительной процедуры нового охлаждения сектора до рабочей температуры”. Это уже не первый сбой в работе БАК.

“Инцидент произошел через несколько часов после того, как ученые сообщили о решении проблем, возникших в работе коллайдера еще неделю назад. Тогда из-за проблем с трансформатором был отключен главный компрессор криогенной системы, охлаждавшей 2 из 8 секторов 27-километрового кольца ускорителя”, – отмечается в сообщении

Первые столкновения протонов на коллайдере ожидались в ближайшие недели. В его многокилометровом кольце должны были сталкиваться лоб в лоб пучки протонов, разогнанные до почти световой скорости.

Напомним, что крупнейший в мире ускоритель элементарных частиц вчера был вновь запущен в работу после вынужденной остановки, происшедшей из-за сбоя подачи электроэнергии. Проблема затронула систему охлаждения мощных электромагнитов, служащих для направления элементарных частиц по кольцевому туннелю протяженностью 27 километров.

Для работы коллайдера необходимо охлаждать направляющие магниты в туннеле до температуры -271 градус, близкой к абсолютному нулю. Вынужденная остановка не привела к отклонению от графика исследований.

Большой адронный коллайдер – один из самых сложных и дорогих научных проектов, когда-либо реализованных – был торжественно запущен Европейской организацией ядерных исследований (CERN) 10 сентября. Тогда ученым удалось успешно провести первый пучок протонов по всему кольцу ускорителя. Для их удержания нужны настолько мощные магниты, что для снабжения их электричеством приходится использовать сверхпроводники.

Коллайдер построен на 100-метровой глубине под границей Франции и Швейцарии и представляет собой 27-километровый кольцевой туннель, в котором установлен ускоритель заряженных частиц в виде гигантской трубы.

Цель исследований – запустить пучки протонов в разные стороны, разогнать их до огромных скоростей, близких к световым, после чего часть из них столкнется между собой с энергией 14 тераэлектронвольт. При таких энергиях должны рождаться новые элементарные частицы, и ученые намерены приблизиться к ответу, как была создана Вселенная, в частности, – экспериментально доказать существование бозона Хиггса, или “частицы Бога”, которая, согласно Стандартной Модели физики, создала всю массу Вселенной.

Кроме того, ученые намерены проверить ряд теорий о создании Мира. В частности, теорию “суперсимметрии”, “хиггсовский механизм”, так называемые “экзотические” теории. А также изучить самые тяжелые из известных на сегодня фундаментальных частиц Топ-кварки и провести столкновения ядер свинца, в результате которых ожидают образования температур около полутора триллионов градусов, существовавших лишь в самом начале Вселенной.

Однако в 2008-2009 годах больших открытий на LHC не ожидается, поскольку интенсивность пучков будет низкой. Так, в среду в кольцо коллайдера запустят пучок протонов мощностью около 450 гигаэлектронвольт. Это примерно в 30 раз меньше проектной мощности ускорителя. “Полноценное” открытие коллайдера запланировано на 21 октября.

Ученые утверждают, что запуск коллайдера безопасен, однако в мире немало и тех, кто готовится к концу света. В частности, существуют предположения, что в результате экспериментов могут образоваться микроскопические черные дыры, которые “провалятся” к центру Земли и начнут пожирать планету изнутри.

Согласно другой версии, в результате эксперимента могут образоваться “страпельки” – объекты из “странной” материи, которые, сталкиваясь с обычными ядрами атомов, превращают их в “страпельки” и цепная реакция может изменить состав всех атомов, существующих на Земле.

Худший вариант не для Земли, но для Вселенной – это образование в коллайдере пузырьков “истинного вакуума”, которые якобы уничтожат всю Вселенную.

Есть и более экзотические версии, что в ходе эксперимента могут образоваться “червоточины” или туннели во времени и пространстве, а также “магнитные монополи”, якобы способные вызвать распад протонов и нейтронов на более мелкие частицы.

Фото: Reuters
INTERFAX.RU

На сайте cmsmon.cern.ch хакерами была размещен текст на греческом языке, озаглавленный "GST: Greek Security Team". Кроме того, хакеры повредили один из файлов CERN. Сейчас сайт cmsmon.cern.ch недоступен.

Система CMSMON, доступ к которой пытались получить хакеры, контролирует работу компактного мюонного соленоида (Compact Muon Solenoid, CMS), созданного, чтобы отслеживать данные в ходе столкновения элементарных частиц в ускорителе БАК.

Газета отмечает, что ученые в CERN были обеспокоены атакой хакеров, поскольку те были в "одном шаге" от компьютерной системы, которая контролирует CMS. Источники издания сообщили, что если бы хакеры взломали компьютерную сеть второго уровня, то смогли бы частично отключить CMS.

Впрочем, источники The Times в CERN утверждают, что хакеры могли добраться до CMSMON из-за многоступенчатой системы безопасности сети организации.

В CERN полагают, что хакеры лишь хотели показать уязвимость компьютерных систем лаборатории.

Стоит отметить, что взлом сети CERN произошел в среду, 10 сентября, когда первый пучок протонов был запущен по туннелю ускорителя БАК длиной 27 километров.

БАК, построенный на границе между Швейцарией и Францией, является самым большим на Земле ускорителем элементарных частиц. С его помощью ученые надеются понять природу массы и подтвердить или опровергнуть несколько теорий, объясняющих, как устроена Вселенная.

lenta.ru

С точки зрения профессора, координатора участия российских институтов в создании и работе БАК Саврина Виктора:
Цель проекта БАК – чисто фундаментальная, и прикладных исследований и, тем более, коммерческих, специально проводиться не будет. Но поскольку требования к подобным установкам очень высокие, то и материалы, и электроника, и другие компоненты этих установок должны быть очень высокого – небывалого – уровня. И это влечет за собой развитие технологий, которые могут быть использованы и в других областях.

Сейчас бурно развиваются нанотехнологии – во всем мире. Прогресс там колоссальный, охвачены многие области хозяйства и жизнедеятельности человека. Но фундаментальные основы нанотехнологий были заложены сто лет назад, когда была создана квантовая теория. И тогда никто не помышлял, что мы придем к такому развитию нанотехнологий. Только теперь мы может превращать фундаментальные исследования в различные изделия, материалы, лако-красочные покрытия и так далее.

Через сколько лет – не знаю, но такие знания могут быть основой для, например, пикотехнологий и фемтотехнологий. Это по той же шкале: "нано" – от слова "десять в минус девятой степени", "пико" – "в минус двенадцатой", "фемто" – в минус пятнадцатой. Фемто – это те процессы, которые мы будем изучать на Большом адронном коллайдере.

В проекте БАК будет использована технология распределенных вычислений "Грид". Так как с каждого детектора коллайдера будет идти гигантский поток информации (общий поток информации с комплекса составит 700 мегабайт в секунду), нужна будет быстрая электроника для считывания и хранения этой информации, а также для ее обработки. Ни один супекомпьютер с этим объемом не справится, поэтому будет применена система распределенных вычислений Грид.

Для этого по всему земному шару уже установлены специальные вычислительные центры, которые предоставлены для доступа через персональный компьютер любому физику, участвующему в экспериментах. Эта система сама ищет, где есть свободный ресурс и соответствующее программное обеспечение для решения какой-то конкретной задачи.
Как раньше физики изобрели Интернет, а теперь им пользуются даже школьники, так, предполагается, будет использована и система Грид.

С точки зрения действительного академического советника Академии инженерных наук РФ Юрия Зайцева:
Строительство коллайдера началось в 2001 г. и обошлось примерно в 6 млрд долл. Россия финансировала как изготовление всех четырех детекторов – установок для исследований ядерных взаимодействий при сверхвысоких энергиях, так и сооружение самого ускорителя. Если говорить о детекторах, то российская доля в них составляет около  5% от общего финансирования, в ускорителях – примерно 3%.

В общей сложности на российские предприятия поступило  заказов от ЦЕРНа на 120 млн долл. В работах участвовали многие институты Российской академии наук, Росатома, Московский и Санкт-Петербургский  университеты, а также Федеральные ядерные центры, в частности Саров и Снежинск.

Как отметил один из первых руководителей ЦЕРНа Роже Кашмор, "мы не смогли бы сделать БАК без российских ученых". В то же время участие в проекте благотворно повлияло на российскую промышленность. Он сильно поддержал многие наши предприятия.

10 номинаций или наград дал ЦЕРН российским предприятиям за своевременное и качественное выполнении работ для БАКа.

Всего в проекте участвуют порядка 700 российских ученых. Сегодня  в Швейцарии одновременно находится в командировке около 200 физиков и других специалистов из России.
Некоторые специалисты полагают, что техника сооружения сверхмощных ускорителей  сегодня "подошла к своему пределу". Тем не менее, по мнению  российских физиков, следующим и еще более крупным ускорителем должен стать Международный линейный  коллайдер ILC. На его размещение претендует Объединенный институт ядерных исследований в Дубне (Россия).
Именно такие крупные проекты как LHC и ILC являются тем локомотивом, который тянет за собой науку и промышленность. Примеры тому – атомный и космический проекты. Они дали толчок многим научным направлениям и отраслям промышленности.

Тот же Большой адронный коллайдер стимулировал прорывы во многих строительных,  материаловедческих и информационных технологиях.  Приборы, которыми оснащен БАК, потребовали такой точности изготовления, что их создание было бы невозможным без применения новых прогрессивных технологий.

С точки зрения координатора по вычислительному комплексу Grid Вячеслава Ильина:
Прежде всего, это научные перспективы. Это уникальная возможность участия в самом передовом эксперименте начала XXI века. Кроме того, участие в этом международном проекте дает возможность освоить уникальные технологические приемы.  В начале 90-х годов именно появилась всемирная паутина. В конце 90-х в связи с созданием БАК предложили создать уникальную систему приема и обработки информации – ГРИД. Смысл ее состоит в том, что физик, имея какую-то задачу, и он должен ее решить, по обработке данных и изучению того полезного сигнала, который интересен физикам. Он у себя на персональном компьютере запускает эту задачу. И дальше система построена так, что он не знает и не узнает, куда эта задача пошла. То есть, по всему земному шару во всех странах будет установлены специальные вычислительные центры распределенные, которые предоставлены любому физику, участвующему в эксперименте через персональный компьютер. И дальше эта система сама ищет, где есть свободный ресурс, во-первых, во-вторых, где есть соответствующее программное обеспечение, которое может конкретно эту задачу решить. Находит – посылает туда. Дальше, когда эта задача решена, ну, конкретная частная задача, она возвращается к нему обратно, к этому физику, и он получает решение. Вот такая вот система.

rian.ru

В среду, 10 сентября 2008 года, в 11:30 по московскому времени инженеры и ученые, собравшиеся на границе Швейцарии и Франции, нажмут на большую красную кнопку и пучки протонов начнут движение по кольцу Большого адронного коллайдера. В четырех местах кольца протоны будут с огромной энергией сталкиваться друг с другом. Чудовищная сила удара приведет к рождению новых частиц с необычными свойствами. Так, при столкновениях появятся капельки так называемой "страной материи", или "страпельки", которые превращают в "странную материю" все, с чем контактируют.

Кроме того, столкновение протонов неизбежно приведет к образованию антиматерии – антипода "обычной" материи, из которой состоят люди, деревья, стенки туннеля БАК и сама планета Земля. При контакте частиц "обычной" и антиматерии обе они взаимоуничтожаются.

В БАК будет достигнута энергия, достаточная для образования микроскопических черных дыр, – объектов огромной массы, которые притягивают к себе всю находящуюся поблизости материю. Сначала маленькая, постепенно черная дыра будет поглощать вещество и увеличиваться в размерах. Чем больше она будет становиться, тем быстрее будет поглощать материю. В конце концов возникшая в туннеле БАК черная дыра поглотит всю Землю.

Сколь бы величественна в своей чудовищности не была эта картина, ничего подобного 10 сентября не произойдет. Как будут развиваться события на реальном БАК, а не БАК из научной фантастики?

В среду, 10 сентября 2008 года, в 11:30 по московскому времени инженеры и ученые, собравшиеся на границе Швейцарии и Франции, запустят в туннель БАК длиной 27 километров пучок протонов. Сначала протоны пройдут по первому сегменту кольца (всего их четыре), потом по второму и, наконец, к концу дня элементарные частицы начнут циркулировать по всему кольцу ускорителя. Энергия инжекции (энергия, с которой протоны запускают в ускоритель) будет составлять 450 гигаэлектронвольт. Никаких столкновений частиц 10 сентября происходить не будет, так как все они будут двигаться в одном направлении (по часовой стрелке).

На следующий день (или через несколько дней – пока трудно сказать точнее), ученые запустят протоны по кольцу БАК в противоположном направлении. Если оба запуска пройдут нормально, инженеры приступят к настройке огромных магнитов, которые выступают в роли регулировщиков движения протонов. Когда частицы запускаются в ускоритель, они движутся по прямой. Для того чтобы они не улетали за пределы кольца (и не повредили сам БАК), магниты искривляют траекторию движения протонов, заставляя их "держаться в полосе".

В первые несколько дней работы коллайдера специалисты должны убедиться, что элементарные частицы стабильно циркулируют по кольцу ускорителя. Если работа магнитов отлажена недостаточно, то орбита движения протонов может быть сбита. В этом случае подача протонов в БАК прекратится до тех пор, пока инженеры не настроят все параметры магнитной системы.

Факты о Большом адроном коллайдере
Длина окружности кольца ускорителя БАК равна 26659 метров
Максимальная скорость протонов в кольце ускорителя будет составлять 99,99 процентов скорости света. За одну секунду пучок элементарных частиц сделает 11245 полных кругов по ускорителю
Каждую секунду частицы будут сталкиваться около 600 миллионов раз. Температура в месте столкновения будет в 100 тысяч раз больше, чем температура в центре Солнца
Внутри вакуумных труб, по которым движутся протоны, поддерживается давление 10-13 атмосфер
Движением потока протонов управляют 9300 магнитов. Они охлаждаются до температуры -193,2 градуса по Цельсию (80 градусов по Кельвину) с помощью 10080 тонн жидкого гелия. Затем в охлаждающие модули заливают 60 тонн жидкого гелия и температура магнитов падает до -271,3 градуса по Цельсию (1,9 градусов по Кельвину)

Только после того как работа магнитов будет полностью проверена, ученые планируют в первый раз столкнуть два пучка протонов. Энергия столкновений должна составить 900 гигаэлектронвольт (при энергии инжекции каждого пучка в 450 гигаэлектронвольт). Такие столкновения не должны приводить к рождению опасных частиц. Ученые утверждают это не только из теоретических, но и из практических соображений: с такой энергией протоны сталкивались в других ускорителях, например в Теватроне, расположенном в штате Иллинойс в США (максимальная энергия столкновения в этом ускорителе составляла 1,96 тераэлектронвольт).

Во время "пробных" столкновений инженеры БАК смогут протестировать работу детекторов. Всего в кольце ускорителя находятся четыре детектора: два больших ATLAS и CMS (по размеру они сравнимы с собором Парижской Богоматери), и два поменьше – ALICE и LHCb. Детекторы не только регистрируют сигнал от столкновения, но также усиливают его (одна из составных частей детекторов – экраны из вольфрамата свинца – были созданы российскими физиками). Конструкция больших и малых детекторов несколько отличается, однако и те, и другие переводят сигналы от столкновения частиц в электрические импульсы.

Если все системы будут работать без сбоев, то к концу 2008 года ученые рассчитывают добиться энергии столкновений в 10 тераэлектронвольт. Дополнительное ускорение пучкам протонов придают магниты, расположенные вдоль туннеля ускорителя. После того как эта цель будет достигнута, БАК остановят до начала 2009 года (эксперимент экспериментом, а от рождественских каникул физики отказываться не намерены). Протоны начнут сталкиваться с той самой чудовищной энергией в 14 тераэлектронвольт (с такой энергией, например, сталкиваются в полете два комара) не раньше нового года.

При таких энергиях ученые надеются обнаружить рождение новых частиц (правда, образования "страпелек" не ожидается). С момента стабилизации высокоэнергетичных пучков на детекторы польется нескончаемый поток данных. Эксперимент, проводимый на коллайдере, не похож на химические или биологические опыты, когда ученые совершают некие действия (например, добавляют в культуру клеток лекарство), смотрят на результат и исходя из него проводят следующие опыты. После того как БАК выйдет на свои номинальные параметры, ученые будут непрерывно анализировать получаемую информацию. Основой для выводов, которые будут делать исследователи, является статистика. Столкновения частиц – достаточно редкое явление даже в благоприятных для этого условиях коллайдера. Чтобы доказать или опровергнуть какую-то теорию, необходимы тысячи столкновений.

Lenta.ru